面向再制造的机电产品智能设计方法研究

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面向再制造的机电产品设计是在设计阶段就考虑产品的可再制造性,能够提高产品在寿命末端的再制造能力,是实现节能减排和提高资源利用率的重要环节。然而,面向再制造的机电产品设计是一个复杂的过程,不仅要考虑客户的常规功能需求还要考虑再制造性需求,且常规设计方法无法准确和快速制定满足再制造性需求的设计方案,导致设计周期延长,并影响机电产品在生命末期顺利实施再制造。为了解决上述问题,本文结合国家自然科学基金“基于再制造域空间的废旧机械装备多目标优化再设计理论与方法研究”(51675388)和“基于多寿命特征定制的机电产品智能再升级设计理论与方法研究”(52075396)等项目,集成现代设计理论、再制造信息以及智能技术,对面向再制造的机电产品智能设计方法进行研究。首先,分析面向再制造的机电产品设计内涵和特点,构建基于功能-原理-行为-结构的机电产品设计流程,并将产品可再制造性融入机电产品设计各阶段;同时,分析再制造信息与机电产品设计过程的关联关系,并从再制造信息分析、设计方案生成以及设计方案决策与优化三个层面构建面向再制造的机电产品智能设计框架。然后,提出基于功能-原理-行为-结构的再制造信息分类方法,阐述再制造信息多层级反演概念,从功能-原理-行为-结构四个层级角度,分析再制造信息逆向映射机制;运用本体技术构建再制造信息模型,描述再制造信息各单元内容,规范了再制造信息表达方式,为再制造信息的有效重用奠定了基础。再次,提出面向再制造的机电产品设计方案智能生成方法,首先运用向量空间模型和聚类算法对再制造性需求数据进行分析并提取关键设计目标,然后运用集成案例推理技术进行设计规则智能导航和设计方案智能匹配;考虑设计过程中的冲突问题,提出一种基于再制造知识更新的机电产品创新设计方法,根据设计创新解搜索合适的再制造单元知识,并替换至原再制造知识实现再制造知识更新,同时,根据上下层单元知识的约束条件,对更新单元知识进行优化,实现新单元知识与原再制造知识的融合,并以普通车床设计为例验证该方法的可行性和适用性。最后,为避免产品设计方案评价过程的主观性和模糊性,提出一种面向再制造的机电产品设计方案智能评价方法,建立包含经济性、技术性以及环境性的机电产品设计方案评价指标体系,对面向再制造的机电产品设计方案进行决策。同时,为了设计方案符合制造、质量以及安环等各方主体动态要求,提出一种机电产品设计方案自适应优化方法,综合考虑产品的性能、成本以及碳排放要求,建立产品设计方案多目标优化模型,将优化解反馈给主体需求部门并运用虚拟仿真技术验证,通过不断反馈与调整实现设计方案的最优化,并以注塑模具设计方案评价和优化为例,验证该方法的可行性和适用性。
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